PERF EVENT 硬體篇

簡介

本文将通過以 X86 為例子介紹硬體 PMU 如何為 linux kernel perf_event 子系統提供硬體性能采集功能

了解硬體

MSR （Model Specify Register）

可以了解為CPU硬體的專用寄存器，下述的所有寄存器都是這個類型

彙編指令 rdmsr/wrmsr

wrmsr 0x38d 1234 # addr value           

如果是 pmc 還可以用 rdpmc 指令

rdpmc [0~7] # input ECX output EDX:EAX           

在硬體 pmu 的操作過程中大多類似以下模式

1. 寫入 pmc 對應的狀态 msr，決定要打開哪個硬體事件
2. 通過讀取 pmc 擷取之前定義的硬體事件數值

PMCx 與 PERFEVTSELx

通用事件寄存器，成對出現，由 PERFEVTSEL 配置事件，PMC 讀取事件數值。在現代 x86 産品中被稱之為通用 pmu 裝置，一般為4個，如果關閉虛拟化可以使用8個

FIXED_CTRx 與 FIXED_CTR_CTRL

專用寄存器，通過唯一的 FIXED_CTR_CTRL 來開啟對應的 FIXED_CTRx。無事件控制，每個 FIXED_CTRx 隻能記錄對應的硬體事件

RDT （Resource Direct Tech） 是一種全新的性能采集方式，有點與上述兩種寄存器有所不同，但是在軟體接口上會更簡潔。支援 L3 cache 相關資源使用計數

它的操作過程不用定義事件類型，隻要以下步驟

1. 通過 PQR_ASSOC msr寄存器寫入 rmid 就已經開始統計相關事件的計數
2. 通過QM_EVTSEL 輸入要讀取的事件 id 和 rmid
3. 最後通過 QM_CTR 即可獲得資料

可以看出它不再以單獨的CPU為次元，使用者可以自定義 rmid，可以用 task，也可以用 cpuid，甚至多者混合

操作

linux 系統提供了 msr 核心子產品，允許使用者可以在使用者态直接操作 msr

ls /dev/cpu/0/msr           

msr 都是 per-cpu 的裝置，是以需要指定具體 cpu。 通過 lseek 來定位 msr，通過 write/read 來讀寫

通過這種方式來擷取 cpu 性能是 bypass 核心，同樣無法利用到 perf_event 子系統提供的一系列功能，比如關聯某個 task， cgroup，也無法在有限的 pmu 個數中産生分時複用

總結

硬體 PMU 的實作就是提供了一系列的可操作 MSR， 通過 MSR 操作可以靈活定義要監控的内容，但是 linux kernel 中通過實作 perf_event 子系統對使用者态提供了一套簡潔通用的操作界面

其他

PERF_EVENT 系列文章

1. PERF EVENT API篇
2. PERF EVENT 硬體篇
3. PERF EVENT 核心篇
4. PERF EVENT 硬體篇續